原状冻土I型断裂韧度KIc试验研究

针对原状冻土没有被扰动、土体内在微细观结构没有发生变化的特点,给出了试样制备与加工、初始裂纹预制及采用着色法测量裂纹尺寸的新方法.通过对当地土质进行分层冻胀量的观测,得出了不同埋深处冻胀量、冻深与时间的关系,并以此来严格控制试样制作及试验时的温度,以保证试验时试样的温度变化与实际相同深度冻土层温度变化一致.利用改造后的试验装置得到原状冻土I型断裂韧度KIc值,说明了该试验方法是可行的.     

冻土单轴压缩损伤特征与细观损伤测试

基于冻土单轴压缩的CT动态测试，提出冻土单轴压缩下的损伤由完全不同的两个阶段组成：其一是塑性硬化下的塑性损伤，其二是由于新产生的裂隙造成的微裂纹损伤。对两种不同损伤阶段下冻土微结构变化特征进行了讨论，给出了各阶段损伤计量计算公式。采用该方法分别对饱水冻土试样和未饱水冻土试样的损伤量进行了计算，得到了塑性损伤和微裂纹损伤阶段的损伤量及总附加损伤量。得出饱水冻土的塑性损伤和微裂纹损伤产生的应变条件门槛值分别为0．75％和5．0％，未饱水冻土的分别为0．70％和4．5％。     

黏质粉土冻胀特性及微观机理研究

基于4个不同顶板温度条件下黏质粉土的单向冻结试验,研究了冻胀敏感性黏质粉土的冻胀特性及微观机理.对冻结锋面、冻胀量和补水量随冻结时间的发展变化情况,试后试样中水分的重分布情况和不同位置的孔隙的变化情况进行了定量分析.结果表明:试样的剧烈冻结发生在试验开始后的25h以内,且冻结深度与顶板温度之间存在着线性关系.试样冻结完成后,冻胀量与补水量均与顶板温度成指数关系.电镜扫描所得的微观结构反映出试样的冻胀机理是未冻水膜在负温梯度下从未冻区向已冻区迁移后发生分凝所导致的结果,试样单向冻结增加了试样沿冻结梯度方向上的各向异性.     

逐级降温工况下道基含盐砾质土盐-冻胀特性

为探明多因素影响下道基含硫酸盐砾质混合料的盐-冻胀变形特性及特征温度，基于天然级配、剔除大于60 mm粒径颗粒级配及添加5%含量(质量分数)细颗粒级配3种试样，分别开展3种含水率、7种不同含盐量条件下的盐-冻胀试验及冻结温度测定试验，结合PFC3D数值模拟，探究颗粒级配、含水率、含盐量对道基含硫酸盐砾质混合料的盐-冻胀变形规律及冻结温度特性的影响，并揭示其作用机理。研究结果表明：含硫酸盐砾质混合料的冻结温度主要受土体含盐量、含水率所对应的等效硫酸钠质量分数的影响；由于受试验降温方式及试样低含水率、低含盐量的综合影响，试验中未能监测到土试样的过冷温度；道基含硫酸盐砾质混合料的宏观盐胀温度低于冻结温度，添加5%含量细粒土试样的冻结温度略低于其他2种试样，3种试样的冻结温度为-1.58℃～0℃;试验土体的盐-冻胀变形率整体随含盐量、含水率的升高而增大，仅剔除大于60 mm粒径颗粒级配的盐-冻胀变形率与天然级配整体相差不大，而添加5%含量细颗粒使土体的盐-冻胀变形率提高3%～30%,提高程度受土试样含水率和含盐量的影响较大；5%含量细颗粒填充了试样中的大孔隙，减小了孔隙体积，对道基含硫酸砾质混...     

冻土中冻结锋面移动的影响因素

冻结中的固液相变过程是冻土冻胀研究的一个基础.根据热传导理论,对半无限土体的热传导模型进行分析,将冻土分为已冻土和未冻土两个区,对固液相变以及冻结锋面的移动进行研究,探索影响冻土温度分布的因素,研究含水量、干密度和土的类型对温度场及冻结锋面移动速率的作用.同时根据冻结锋面的移动规律,建立了冻胀量随时间的关系式.最后,通过算例,结果表明含水量和干密度对冻土温度分布产生不小的影响,尤其是含水量,含水量越大,冻结锋面移动越快.含水量对冻土温度分布的影响最大,其次是干密度,土类型的影响最小.分析显示冻胀过程中温度与冻胀的影响作用明显,含水量是一重要因素,对冻胀量的影响是非常显著的.     

冻结黏土的强度与变形特性及参数研究

为了更全面地分析冻土的强度与变形特性,以皖北某矿取样的原状黏土为研究对象,进行不同温度(-5℃、-10℃、-15℃)下的单轴抗压强度试验和三轴剪切强度试验.试验结果表明,在试验温度下,试样单轴抗压强度的应力-应变曲线为应变软化型;试验条件下,冻土三轴剪切应力-应变曲线可以用双曲线模型描述.随着温度的降低,冻土的单轴抗压...     

淮南矿区典型冻土的力学特性试验研究

对淮南矿区3种典型人工冻结粘土力学特性的研究表明：钙质粘土力学性能最差；冻结粘土的单轴强度、变形模量和蠕变强度均随温度降低而增加，特别是当冻土温度低于-10℃时，冻结粘土强度随温度降低而剧烈增加，但温度的变化对泊松比影响较小，蠕变状态方程可用形如ε=A(T)σ^Bt^C的幂函数表示；在没有补给水源的情况下，其冻胀力可达0．8MPa，冻胀率小于5％，深层粘土的冻胀性小于浅层粘土。     

冻融试验机POWER TESTV32-SHT的改进建议

通过目前新研制的微机控制多功能冻土冻融试验机POWER TESTV32-SHT对各类土壤进行人工冻土的冻胀量和冻胀应力模拟试验研究,得出了不同深度不同类型土层人工冻结后的冻胀量和冻胀应力与固结应力的关系。人工冻土工程的设计、施工具有一定的参考价值。不过目前多功能冻土冻融实验机毕竟是新出的产品,在具体使用过程中有一定的局限性和不足。就其不足之处提出改进建议。     

上海人工冻土冻胀特性和水分迁移的试验研究

冻胀是冻土材料的一种最为显著的特性,冻胀引起土体位移将对周围环境产生危害.通过目前新研制的微机控制多功能冻土冻融试验机POWER TESTV32-SHT,配合CT扫描,对上海具有代表性的粘土进行人工冻土的冻胀量和冻胀应力模拟试验研究,得出不同深度土层人工冻结后的冻胀量和冻胀应力与固结应力的关系,以及土样在冻结过程中的水分迁移情况.所得结果将对上海人工冻土工程的设计、施工具有一定的参考价值.     

多功能冻胀试验系统研制及应用

冻结工法广泛应用于各种工程领域中,引起的冻胀融沉问题不容忽视;但传统冻胀试验装置已无法模拟日益发展的冻结工况。研制一台能够反映实际冻结工况的人工冻土多功能冻胀试验系统显得尤为重要。在传统冻胀试验机基础上,拓宽试验温度控制系统可使试样顶部、底部、环境温度任意设定;增加试样测试模具类型可模拟竖向与侧向两种冻胀形式;增加伺服电机驱动系统可实现大应力加载;对试验结构进行模块化可使试验操作简单。通过选择合适的模具与试验边界条件,即可对实际工况冻胀力进行测试。基于本冻胀试验系统,进行了单、双向冻结模式冻胀试验,结果表明冻胀力取值是否合适与试验边界条件选择密切相关,证明本试验系统研制具有重要现实意义。     

水泥预加固-人工冻结联合工法加固地层冻胀特性

为研究采用联合工法施工,能够有效控制土体冻胀位移的施工参数,本文以广州地铁十四号线某联络通道冻结工程为背景,通过有限元软件建立联络通道冻胀位移场三维数值模型,研究了盐水温度和水泥掺量对土体冻胀位移的影响,并计算不同冻结壁厚度下地表冻胀位移量以及联络通道开挖土体的塑性区域,在满足施工安全的前提下,进一步对冻结壁设计参数进行优化,以减小土体冻胀位移。结果表明：采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工,当水泥掺量设定为12%,盐水温度控制在-25℃~-31 ℃时,积极冻结末期,地表冻胀位移能够满足工程监测要求;水泥掺量设定为12%,冻结壁厚度设定在1.8m,盐水温度控制在-31 ℃。可见相对于原施工方案,采用联合工法施工,积极冻结末期地表冻胀量减小了73%。     

含泥量对砂砾土冻胀特性的影响

 为得到含泥量对砂砾土冻胀特性的影响规律,为实际工程防冻胀设计提供理论依据,利用改进的冻胀实验装置进行室内实验,研究了不同含泥量、相同饱和度条件下及相同含泥量、不同含水率条件下砂砾土的冻胀特性。研究结果表明,在封闭条件下,饱和度一定时,冻胀率随含泥量增大而增大,说明过高的含泥量能够产生较大的冻胀,因此控制含泥量是防止砂砾土冻胀的有效措施;含泥量一定时,冻胀率随含水率增大而增大,说明砂砾土的冻胀率受含泥量和含水率共同影响,因此要同时注意防排水和控制含泥量。传统研究通常认为,砂砾土由于粒径较大冻胀不明显,但本实验结果表明,具有一定量的含泥量和含水率的砂砾土也能产生比较明显的冻胀,对工程建设有较大影响,因此在工程实际中不能忽视砂砾土的冻胀。     

人工冻结粘性土的冻胀特性研究

冻结法在矿山建设方面应用已越来越多,冻胀对施工的影响也不容忽视,对冻胀进行研究很有必要.通过自行研制的冻胀仪进行试验,并根据试验结果,比较分析两淮地区人工冻结粘性土在不同地层深度和土质下的冻胀特性,以及相同土样的砂质粘土在不同含水率下的冻胀特性,得出了冻胀力和冻胀率随着地层深度的增加而减小的特性.并研究了相同砂质粘土土样在不同含水量下的冻胀特性,得出了相同土样的砂质粘土冻胀率随着含水量的增大而增大,特别当含水量大于塑限时冻胀增量更大的物理特性,对工程应用具有一定的参考价值.     

高寒地区机场道面基层底面冻胀应力的计算

传统的高寒地区机场道面厚度设计,一般较少考虑冻胀作用下道面正常使用的要求,道面在冬季均会产生冻胀现象。基于推导由冻胀引起的作用在道面面层的应力,从能量平衡的角度,推导出了作用在基层底面的冻胀应力解析式。研究结果已在某机场改造工程冻土实验中进行了验算,误差为2%,结果表明该解析解在高寒地区的机场道面和水泥混凝土公路结构层设计中均是有效和可行的。     

基于管沟尺寸的冻胀作用下输油管道应力分析

冻土区土壤因其特殊性易受温度影响,土壤冻胀会使敷设在管沟内的管道翘曲变形。为使有限元分析结果更符合管道敷设在一定管沟尺寸下的实际要求,利用ABAQUS软件建立基于管沟参数的有限元模型,在冻胀作用下分析了管道在不同管沟尺寸参数下的应力分布规律。对比分析了在不同地表温度、管沟坡度、沟底加宽裕量等情况下的管道应力集中现象以及各参数对管道应力峰值的影响。结果表明：管道在冻胀区域与过渡区和非冻胀区会出现应力集中现象,管底冻胀区域中部为高风险失效区,地表温度对管道轴向应力分布影响最显著。管顶最大Von Mises应力在冻胀区域中部且随管沟坡度的增大而增大,过渡区和非冻胀区交界处的最大Von Mises应力随管沟坡度的增大而减小。管沟坡度一定时,过渡区和非冻胀区交界处的Von Mises应力最大,且随沟底加宽裕量的增大而增大。     

地基冻-融循环离心模型试验研究

在清华大学已完成的模型的模拟试验基础上 ,对地基经两个冻 -融循环进行离心模拟的重复试验 ,两个重复试验数据几乎一致表明该套寒区离心模型试验装置和测试系统是可行和可靠的 ;相同条件下有荷和无荷地基在冻 -融循环下重复试验显示 ,适当的荷载可抑制地基冻胀 ;自由冻胀量与实际相符 ;地基内温度变化情况和相应的冻胀融沉特征相同、数据相近 ,说明试验数据正确     

冻结凿井中冻胀数值分析

为研究土体冻胀对冻结壁受力的影响,采用ANSYS有限元软件模拟深井冻结凿井施工中的土体冻胀情况,并结合现有冻结理论分析单圈冻结下冻胀位移场和应力场的变化规律。结果表明：冻结壁外侧土体冻胀位移均为正（向外）,内侧均为负（向内）,外侧明显大于内侧;冻结壁内侧冻胀应力远大于外侧,内外冻胀应力差使冻结壁不断向外变形;积极冻结初期冻结壁内部应力复杂,积极冻结后期,其内部应力状态趋于平缓。     

激光散斑法对冻土微裂纹形貌和发展过程的研究

将激光散斑法用于冻土材料,得出了裂纹尖端存在一个微裂纹损伤区（或称为断裂过程区）的结论．通过对裂纹尖端一系列散斑图的逐点分析,绘出了微裂纹区随载荷增加而发展的形貌及其全过程,测定了裂纹嘴张开位移的临界值δＣ,从而为冻土材料的宏微观力学行为研究及弹塑性断裂韧度测试分析提供了有效的途径．     

砾粒掺入对黏土断裂韧度的影响

以探究土体断裂韧度特性为目的,采用改进后的标准三点弯曲试验,消除了自重对试验结果的影响,在掺入不同含量和不同粒径大小的砾粒的情况下,制备相同含水率、干密度和初始裂缝的试样,测试其断裂韧度的变化以及观察裂缝扩展规律.结果表明:当掺入砂砾含量在0%~20%的时候,断裂韧度随着砂砾含量的增高而逐渐降低;当掺入砂砾的粒径在2~40mm的时候,在相同砂砾含量情况下,其断裂韧度随着掺入粒径的增加而增加;当掺入砂砾的粒径在0.75~2mm的时候,在相同砂砾含量情况下,其粒径大小对断裂韧度值没有明显影响;掺入颗粒的粒径大小会影响裂缝的扩展方向和发育数量,与掺入粗砾的试样相比较,掺入细砂的试样在裂缝区域更易于出现细小的网状裂纹,而掺入粗砾试样中的裂缝在扩展过程中更容易出现弯折现象.     

封闭系统条件下压实黄土的二维循环冻融变形特性及其评价

道路、渠道和土石坝等工程的冻融为二维冻融,为探索土在二维循环冻融作用下的变形规律和评价方法,以宁夏同心黄土为对象,压实度和饱和度为因素,试验研究了压实黄土在封闭系统条件下的二维循环冻融变形特征,变化规律,分析了因素的作用机理和显著性,提出了二维冻融变形评价方法。试验结果表明:封闭系统条件下,压实黄土的二维循环冻融变形以水结冰膨胀效应为主导,竖向表现为冻胀和融沉,水平表现为冻胀和融胀。水平和竖向冻胀变形的比值随冻融循环次数的增加而增大,最大比值约2倍。水平融胀明显地小于竖向融沉,二者的比值平均约0. 43。较一维封闭系统竖向冻融,二维冻融的竖向融沉变形占竖向冻胀变形的比例大,竖向冻融变形波动明显,且冻融体变率高。压实度和饱和度对压实黄土二维冻融变形的影响均非常显著,是主控因素。评价指标合理,能直接或间接表征冻融对土的几何、物理和力学性能的影响。研究结果对宁夏压实黄土岸坡工程的冻害评价与防治具有重要的现实意义,对土二维冻融效应的深入研究具有引导和促进作用。